基于CAD模型的复杂曲面三坐标自动测量

　　0　引言

　　基于CAD模型的三坐标测量是产品设计、加工、测量完整一体化过程的一个重大飞跃,形成基于CAD模型的信息共享与反馈。如何高效、可靠、安全地获取待测曲面的几何信息是测量中的关键问题。合理地分布测量点、进行有效的测量路径优化、实现三坐标的自动测量是提高测量效率和精度的主要方法,其中曲面测量规划是实现曲面自动测量的基础。已知CAD模型的自由曲面规划方法是在设计基准坐标系下根据加工精度要求确定测点数和测点分布,以及对应理论模型上的点,由这些点指导三坐标测量机进行测量。

　　在测量路径优化的研究中,邹刚[1]提出了通过截平面法生成理论测量路径,进而确定测量点并计算定位点的方法;王春[2]提出了采用工件表面近似切线法进行自动跟踪测量的方法;宋春刚[3]探讨了矩形细分和三角面片两种测量路径规划方法,并通过了仿真。王世刚[4]提出并实现了将遗传算法和禁忌搜索算法结合的策略用于测量路径优化的GA2TS算法。余小勇[5]利用UG系统装配模块中装配体的运动来实现检测路径的计算机模拟,生成控制检测路径的DMIS文件,从而得到实际工件CMM检测的最优路径。

　　本文在截平面法生成理论测量路径的基础上,进一步求出点的矢量方向,提出了沿矢量方向探测的路径规划方法,并生成DMIS程序,指导三坐标完成自动测量。主要步骤如下:建立工件坐标系→测量路径规划,求出模型上测量点坐标及其矢量方向,并保存→生成DMIS文件→三坐标自动测量。

　　以下以叶片测量为例,对其测量过程进行详细的说明。测量设备采用LK-G90C龙门式三坐标测量机,选直径3mm的触发式探头。

　　1　建立工件坐标系

　　工件坐标系的建立是实现基准与模型基准对齐的基础,是进行误差比较的关键。常用方法是3-2-1法[6],通过点、线、面特征来确定坐标轴和原点。其中基准平面的选定一般与设计基准或工艺基准一致。用3-2-1方法建立坐标系,测点选择的好坏直接影响了与模型的对齐精度。这种建立坐标系的方法有时会出现基准对齐误差较大的问题,还需要用迭代法作进一步的对齐处理。

　　本文采用三平面法建立工件坐标系。选设计基准面,即叶片底面作为基准平面,其矢量方向作为Y轴,选定位基准面,即进气侧一边平面作为次基准面,其矢量方向作为X轴方向,另选与这两面相交的平面,三平面的交点作为坐标原点。建立测量基准如图1所示。

　　2　测量路径规划

　　根据邹刚提出的截平面法生成理论测量路径的方法,在三维软件中对CAD模型进行处理,用一平行叶片底面的平面P截取叶片型面,两面求交得到该高度的叶片型线。在此基础上进行测量点的合理分布,并求取点的矢量方向,生成最终的测量路径。